JP2024085665A - Automatic robot teaching method and robot control device - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ間でワークを搬送するロボットに対し、より正確にステージ中心を自動給餌できるようにする。
【解決手段】ステージ中心Ｃとの位置関係が既知である位置決定用治具６１に接近する３Ｎ通りの方向（ただしＮ≧２）の方向を定め（ステップ１０１）、Ｎ番目ごとに方向を選択して３つの方向からなるグループを設定することを繰り返し、Ｎ個のグループを得る（ステップ１０２）。グループごとにそのグループの３つの方向を用いてハンド１４を位置決定用治具６１に接近させて位置決定用治具６１の座標を求める（ステップ１０３）。グループごとに求めた座標の平均値を算出し（ステップ１０４）、その平均値を、自動教示に用いる位置決定用治具６１の座標とする（ステップ１０７）。
【選択図】図４

To enable a robot that transports a workpiece between stages to automatically feed the center of the stage more accurately.
[Solution] 3N different directions (N≧2) for approaching a positioning jig 61 whose positional relationship with the stage center C is known are determined (step 101), and a direction is selected for each Nth direction to set a group of three directions, and N groups are obtained (step 102). For each group, the hand 14 is brought close to the positioning jig 61 using the three directions of the group to obtain the coordinates of the positioning jig 61 (step 103). The average value of the coordinates obtained for each group is calculated (step 104), and the average value is used as the coordinates of the positioning jig 61 to be used for automatic teaching (step 107).
[Selected Figure] Figure 4

Description

本発明は、ロボットの自動教示方法と、そのような自動教示方法を実行するロボット制御装置とに関する。 The present invention relates to an automatic teaching method for a robot and a robot control device that executes such an automatic teaching method.

半導体装置の製造工程においては、ワークである半導体ウエハをステージ間で搬送する搬送用のロボットが使用される。以下の説明において、ロボットによるワークの取り出し（すなわちロード）と荷降ろし（すなわちアンロード）の対象となるものをステージと総称する。半導体製造工程においてウエハの格納に用いられるカセットや、ウエハに対して何らかの処理を行うワーク処理装置は、それぞれステージである。ステージには、ロボットによって搬送されるときにワークが配置されるべき領域（ワーク配置領域と呼ぶ）が厳密に定められており、ワーク配置位置の中心をステージ中心と呼ぶ。ロボットを用いてステージ間でワークを搬送するためには、ステージごとにロボットの座標系におけるステージ中心の座標をロボットに教示（ティーチング）する必要がある。水平多関節ロボットにより半導体ウエハなどの板状のワークを搬送する場合であれば、ワークはその水平姿勢を保ったまま搬送され、ステージ内でワークのロードやアンロードのためにワークはわずかに垂直方向に動かされるので、水平面内におけるステージ中心を正確に教示すればよい。 In the manufacturing process of semiconductor devices, a transport robot is used to transport the workpiece, a semiconductor wafer, between stages. In the following description, the objects on which the robot takes out (i.e., loads) and unloads (i.e., unloads) the workpiece are collectively referred to as a stage. In the semiconductor manufacturing process, a cassette used to store wafers and a workpiece processing device that performs some processing on the wafer are each a stage. The stage has a strictly defined area (called the workpiece placement area) in which the workpiece should be placed when transported by the robot, and the center of the workpiece placement position is called the stage center. In order to transport the workpiece between stages using a robot, it is necessary to teach the robot the coordinates of the stage center in the robot's coordinate system for each stage. When a horizontal articulated robot is used to transport a plate-shaped workpiece such as a semiconductor wafer, the workpiece is transported while maintaining its horizontal posture, and the workpiece is moved slightly vertically to load and unload the workpiece within the stage, so it is sufficient to accurately teach the stage center in the horizontal plane.

従来は、ロボットを制御するロボット制御装置にペンダントを接続し、ペンダントを介して手動でロボットを動作させることにより、ステージの正確な位置をロボットに教示していた。しかしながら手動による教示は、教示を行う作業員によるばらつきが生じたり、教示に長い時間を要するなどの課題を有する。ロボットとステージとの大まかな位置関係は、ロボットやステージの設計データや、ロボットやステージを現場に据え付けるときの据え付けデータなどから既知である。そこで特許文献１，２は、ステージ中心との位置関係が既知である円柱状の治具（ピンとも呼ばれる）をステージ内に配置し、ロボット先端のハンド（エンドエフェクタともいう）を異なる３つの方向で動かしながらハンドに取り付けられたセンサによってこの治具を非接触で検出することによって、ステージ中心を正確に求めることを開示している。この手法によれば、ロボットの座標系においてステージ中心の位置を正確に決定でき、ステージ中心の自動教示を行うことができる。センサとしては、発光部と受光部とを備え、治具によって光路が遮られたことを検出するスルービームセンサが使用される。特許文献３は、スルービームセンサを用いて治具を検出するときに、多数回の検出動作を行って回帰分析を行なったり、あるいは、最小二乗近似と数値探索とを実行したりして検出精度を向上させることを開示している。 Conventionally, a pendant is connected to a robot control device that controls the robot, and the robot is manually operated via the pendant to teach the robot the exact position of the stage. However, manual teaching has problems such as variation depending on the worker who performs teaching and the teaching taking a long time. The rough positional relationship between the robot and the stage is known from the design data of the robot and the stage, and the installation data when the robot and the stage are installed at the site. Therefore, Patent Documents 1 and 2 disclose a method of accurately determining the stage center by placing a cylindrical jig (also called a pin) whose positional relationship with the stage center is known in the stage, and detecting the jig in a non-contact manner using a sensor attached to the hand while moving the hand (also called an end effector) at the tip of the robot in three different directions. According to this method, the position of the stage center can be accurately determined in the robot's coordinate system, and automatic teaching of the stage center can be performed. As the sensor, a through-beam sensor is used that has a light emitting unit and a light receiving unit and detects when the light path is blocked by the jig. Patent Document 3 discloses that when detecting a jig using a through beam sensor, the detection accuracy can be improved by performing multiple detection operations to perform regression analysis, or by performing least-squares approximation and numerical search.

特開２０１０－２８４７２８号公報JP 2010-284728 A 特開２０１３－１５３１８７号公報JP 2013-153187 A 特表２０２２－５２００５２号公報JP 2022-520052 A

ハンドに設けられたスルービームセンサを用いて円柱状の治具を非接触に検出することによってステージ中心の座標値を求める場合において、繰り返し座標値を求めたときの再現性が悪くて位置の決定誤差が必ずしも小さくならないことがあり、それにより、十分な精度でロボットの自動教示を行うことができないことがある。 When determining the coordinate value of the stage center by non-contact detection of a cylindrical jig using a through beam sensor attached to the hand, the reproducibility of the coordinate value when repeatedly determining the coordinate value may be poor, and the position determination error may not necessarily be small, which may prevent automatic teaching of the robot with sufficient accuracy.

本発明の目的は、ステージ中心をより正確に自動教示することができる自動教示方法と、そのような自動教示方法を実行するロボット制御装置とを提供することにある。 The object of the present invention is to provide an automatic teaching method that can automatically teach the stage center more accurately, and a robot control device that executes such an automatic teaching method.

本発明の一態様の自動教示方法は、ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、作業領域の内部から接続部を介してステージ中心に向かう方向をＹ方向としＹ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、ＸＹ座標系をロボット座標系とし、Ｘ方向とＹ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、ステージの内部においてステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、Ｎが２以上の整数であるとして、ハンドをステージの内部に進入させたときに、位置決定用治具に向かってＸＹ平面においてハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、第１の工程で定めた３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、第２の設定工程で設定されたグループごとに、そのグループに含まれる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させ、ハンドに設けられたセンサによって位置決定用治具を非接触で検出してロボット座標系における位置決定用治具の座標を算出する位置算出工程と、すべてのグループについて得られた座標の平均値を求める平均算出工程と、を有し、平均値をロボットの教示において用いられる位置決定用治具の座標とする。 The automatic teaching method according to one aspect of the present invention is an automatic teaching method for automatically teaching a robot equipped with a hand and placed inside a working area the position of the stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening, and includes the steps of: defining an XY coordinate system with the direction from inside the working area toward the stage center via the connection part as the Y direction and the direction perpendicular to the Y direction as the X direction; defining the XY coordinate system as the robot coordinate system; defining a plane spanned by the X and Y directions as the XY plane; placing a cylindrical positioning jig inside the stage at a position whose relative positional relationship with the stage center is known; and, assuming that N is an integer of 2 or more, determining an angle that the hand can take in the XY plane toward the positioning jig when the hand enters the inside of the stage. The method includes a first setting step of determining 3N directions within a range of angles; a second setting step of selecting directions while changing the starting point from one end of the angle range to set N different groups, with each group being composed of three directions selected from the 3N directions determined in the first step; a position calculation step of bringing the hand close to the positioning jig from the three directions included in the group, detecting the positioning jig in a non-contact manner using a sensor provided on the hand, and calculating the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system; and an average calculation step of finding the average value of the coordinates obtained for all groups, and the average value is used as the coordinates of the positioning jig to be used in teaching the robot.

一態様の自動教示方法によれば、全体としてできるだけ多くの方向からハンドを位置決定用治具に接近させるという条件と、相互にできるだけ離れた異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させる条件とを両立させてロボット座標系での位置決定用治具の位置を決めることができるので、位置決定用治具の決定された座標におけるばらつきが小さくなって、自動教示精度が向上する。 According to one embodiment of the automatic teaching method, the position of the positioning jig in the robot coordinate system can be determined by satisfying both the condition of having the hand approach the positioning jig from as many directions as possible overall and the condition of having the hand approach the positioning jig from three different directions that are as far apart as possible from each other, so that the variation in the determined coordinates of the positioning jig is reduced and the accuracy of automatic teaching is improved.

一態様の自動教示方法では、位置算出工程で得られた座標の中から外れ値を探索し、外れ値が存在する場合はその外れ値を除外して平均算出工程において平均値を算出することが好ましい。外れ値を除外することによって、位置決定用治具の位置についてのばらつきがさらに減少して自動教示精度をより高めることができる。この場合、平均算出工程において、すべてのグループについて得られた座標の分散σも算出し、分散σに基づいて外れ値についての判定を行うことができる。分散σを用いることにより、外れ値の判定が容易になる。 In one embodiment of the automatic teaching method, it is preferable to search for outliers among the coordinates obtained in the position calculation step, and if any outliers are present, to exclude the outliers and calculate the average value in the average calculation step. By excluding the outliers, the variation in the position of the positioning jig can be further reduced, and the accuracy of automatic teaching can be further improved. In this case, the variance σ of the coordinates obtained for all groups can also be calculated in the average calculation step, and a judgment about outliers can be made based on the variance σ. Using the variance σ makes it easier to judge the outliers.

一態様の自動教示方法では、第１の設定工程において、位置決定用治具から見て等角度間隔で３Ｎ通りの方向を定めることが好ましい。等間隔に方向を定めることによって種々の誤差要因が平均化され、位置決定用治具の位置についてのばらつきがさらに減少する。 In one embodiment of the automatic teaching method, in the first setting step, it is preferable to determine 3N directions at equal angular intervals as seen from the positioning jig. By determining the directions at equal intervals, various error factors are averaged out, and the variation in the position of the positioning jig is further reduced.

一態様の自動教示方法では、ロボットは水平多関節ロボットであって、Ｘ方向とＹ方向はいずれも水平面内での方向である。この場合、水平多関節ロボットがワークを搬送する搬送用ロボットであれば、ワークの取り置き失敗の頻度を低減させることができる。その場合、位置算出工程において水平面内でハンドを移動させることが好ましい。水平面内でハンドを移動させることによって、垂直方向にハンドを動かすことによるロボットの機械的な誤差の影響を排することができる。また一態様では、Ｙ方向は、例えば、接続部の位置において作業領域の壁面に垂直な方向である。このように構成することにより、Ｘ方向に沿って作業領域の壁面にステージが並ぶときに、各ステージのステージ中心の自動教示を容易に行うことができるようになる。 In one embodiment of the automatic teaching method, the robot is a horizontal articulated robot, and the X and Y directions are both directions within a horizontal plane. In this case, if the horizontal articulated robot is a transport robot that transports workpieces, the frequency of workpiece placement failures can be reduced. In this case, it is preferable to move the hand within a horizontal plane in the position calculation process. By moving the hand within a horizontal plane, the effects of mechanical errors of the robot caused by moving the hand in the vertical direction can be eliminated. In one embodiment, the Y direction is, for example, a direction perpendicular to the wall surface of the working area at the position of the connection part. By configuring in this way, it becomes easy to automatically teach the stage center of each stage when the stages are lined up on the wall surface of the working area along the X direction.

一態様の自動教示方法では、センサは、例えば、スルービームセンサである。ロボットが半導体ウエハの搬送用のものであるときは、ウエハの在荷状況の確認のためにこのようなスルービームセンサが設けられていることが多く、そのような場合には既存のスルービームセンサを用いて自動教示の精度を向上させることができる。 In one embodiment of the automatic teaching method, the sensor is, for example, a through beam sensor. When the robot is used to transport semiconductor wafers, such a through beam sensor is often provided to check the wafer inventory status, and in such cases, the accuracy of automatic teaching can be improved by using an existing through beam sensor.

一態様のロボット制御装置は、ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置をロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、作業領域の内部から接続部を介してステージ中心に向かう方向をＹ方向としＹ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、ＸＹ座標系がロボット座標系であり、Ｘ方向とＹ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、ステージの内部においてステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、Ｎが２以上の整数であるとして、ハンドをステージの内部に進入させたときに位置決定用治具に向かってＸＹ平面においてハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、設定されたグループごとに、そのグループに含まれる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させ、ハンドに設けられたセンサによって位置決定用治具を非接触で検出してロボット座標系における位置決定用治具の座標を算出し、すべてのグループについて得られた座標の平均値を求め、平均値がロボット座標系における位置決定用治具の座標であるとしてロボットの教示を行う。 In one embodiment, the robot control device controls a robot equipped with a hand and placed inside a working area, and automatically teaches the robot the position of the stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening, and an XY coordinate system is defined with the direction from inside the working area toward the stage center via the connection part being the Y direction and the direction perpendicular to the Y direction being the X direction, the XY coordinate system is the robot coordinate system, the plane spanned by the X and Y directions is the XY plane, and when a cylindrical positioning jig is placed inside the stage at a position whose relative positional relationship with the stage center is known, where N is an integer of 2 or more, the hand is advanced into the stage. When moving the hand toward the positioning jig, 3N different directions are determined within the range of angles that the hand can take on the XY plane, and groups are formed from three directions selected for each of the N directions from the 3N directions. N different groups are set by selecting directions while changing the starting point from one end of the angle range, and for each group set, the hand is brought close to the positioning jig from the three directions included in the group, the positioning jig is detected non-contact with a sensor installed in the hand, the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system are calculated, and the average value of the coordinates obtained for all groups is calculated, and the robot is taught using the average value as the coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system.

一態様のロボット制御装置によれば、全体としてできるだけ多くの方向からハンドを位置決定用治具に接近させるという条件と、相互にできるだけ離れた異なる３つの方向からハンドを位置決定用治具に接近させる条件とを両立させてロボット座標系での位置決定用治具の位置を決めることができるので、位置決定用治具の決定された座標におけるばらつきが小さくなって、自動教示精度が向上する。 According to one embodiment of the robot control device, the position of the positioning jig in the robot coordinate system can be determined by satisfying both the condition of having the hand approach the positioning jig from as many directions as possible overall and the condition of having the hand approach the positioning jig from three different directions that are as far apart as possible from each other, thereby reducing variation in the determined coordinates of the positioning jig and improving the accuracy of automatic teaching.

本発明によれば、ロボットに対してステージ中心をより正確に自動教示することができるようになる。 The present invention makes it possible to automatically teach a robot the stage center more accurately.

（ａ）はロボットを示す平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った概略断面図であり、（ｃ）はハンドを示す拡大平面図である。1A is a plan view showing the robot, FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1A, and FIG. 1C is an enlarged plan view showing the hand. （ａ）～（ｄ）はステージ中心の自動教示を説明する図である。5A to 5D are diagrams for explaining automatic teaching of the stage center. 治具中心Ｏの座標の決定方法を説明する図である。11 is a diagram for explaining a method of determining the coordinates of a jig center O. FIG. 自動教示方法を説明するフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an automatic teaching method.

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の一形態の自動教示方法が適用されるロボットを示している。図示されるロボット１は、水平多関節ロボットであって、例えば長方形状の空間である作業領域５内に設置され、作業領域５を囲む壁面に設けられたステージ５１の相互間で板状のワーク５０を搬送するために用いられる。作業領域５は、ワーク５０をステージ５１間で搬送する際にロボット１が壁面などと干渉することなくそのアーム１１～１３やハンド１４を動かすことができる空間である。また各ステージ５１は、ロボット１によるワーク５０のロード及びアンロードが行われる場所であり、その接続部５２を介して作業領域５に対して接続している。接続部５２は、ワーク５０を搭載したロボット１のハンド１４がステージ５１の内部にアクセスできるように作業領域５の壁面に設けられた開口として構成されている。したがって、ロボット１によりステージ５１に対してワーク５０のロードやアンロードを行う場合、接続部５２を通過するときのハンド１４の移動方向は、一般に、作業領域５の壁面に垂直な方向である。また、ステージ５１には、ロボット１によりワーク５０のロードやアンロードを行うときに、そのステージ５１においてワーク５０が配置される位置であるワーク配置位置５３が規定されている。ワーク配置位置５３の中心をステージ中心Ｃとする。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a robot to which an automatic teaching method according to an embodiment of the present invention is applied. The illustrated robot 1 is a horizontal articulated robot, which is installed in a work area 5, which is, for example, a rectangular space, and is used to transport a plate-shaped workpiece 50 between stages 51 provided on the wall surface surrounding the work area 5. The work area 5 is a space in which the robot 1 can move its arms 11 to 13 and hands 14 without interfering with the wall surface when transporting the workpiece 50 between the stages 51. Each stage 51 is a place where the robot 1 loads and unloads the workpiece 50, and is connected to the work area 5 via its connection part 52. The connection part 52 is configured as an opening provided on the wall surface of the work area 5 so that the hand 14 of the robot 1 carrying the workpiece 50 can access the inside of the stage 51. Therefore, when the robot 1 loads and unloads the workpiece 50 on the stage 51, the movement direction of the hand 14 when passing through the connection part 52 is generally perpendicular to the wall surface of the work area 5. In addition, a work placement position 53 is defined on the stage 51, which is a position on the stage 51 where the work 50 is placed when the robot 1 loads or unloads the work 50. The center of the work placement position 53 is defined as the stage center C.

次に、ロボット１の詳細な構成について説明する。ロボット１は、作業領域５の床面上に配置されて固定される基台１０と、基台１０に対して直列に連結された３本のアームすなわち第１アーム１１、第２アーム１２及び第３アーム１３と、第３アーム１３に取り付けられたハンド１４とを備えている。基台１０は、昇降モータ（図示せず）によって駆動されて上下方向に昇降する昇降筒１５を備えている。各アーム１１～１３及びハンド１４はいずれも基端部と先端部とを有し、第１アーム１１の基端部が昇降筒１５に対して回転可能に連結することにより第１アーム１１は基台１０によって保持される。第１アーム１１は、昇降筒１５の昇降に伴って基台１０に対して昇降可能である。昇降筒１５の昇降によりアーム１１～１３及びハンド１４が一体的に昇降するが、本実施形態は水平多関節ロボット１の水平面内での教示に関するものであり、昇降筒１５による高さ方向の動きは水平面内でのアーム１１～１３やハンド１４の動きに比べて小さいので、以下では、昇降筒１５による高さ方向でのロボット１の移動についての詳細は説明しない。 Next, the detailed configuration of the robot 1 will be described. The robot 1 comprises a base 10 that is placed and fixed on the floor surface of the working area 5, three arms, namely a first arm 11, a second arm 12, and a third arm 13, that are connected in series to the base 10, and a hand 14 attached to the third arm 13. The base 10 comprises a lifting cylinder 15 that is driven by a lifting motor (not shown) to move up and down. Each of the arms 11 to 13 and the hand 14 has a base end and a tip end, and the base end of the first arm 11 is rotatably connected to the lifting cylinder 15, so that the first arm 11 is held by the base 10. The first arm 11 can move up and down relative to the base 10 as the lifting cylinder 15 moves up and down. The arms 11-13 and hand 14 rise and fall together as a unit as the lifting cylinder 15 rises and falls, but since this embodiment is concerned with teaching the horizontal articulated robot 1 in the horizontal plane, and the movement in the height direction by the lifting cylinder 15 is smaller than the movement of the arms 11-13 and hand 14 in the horizontal plane, the following will not provide a detailed explanation of the movement of the robot 1 in the height direction by the lifting cylinder 15.

第１アーム１１は、昇降筒１５に内蔵されたモータ２１によって駆動されて回転軸Ｊ０の周りで水平面内を回転する。第２アーム１２の基端部が第１アーム１１の先端部に回転可能に連結されており、第２アーム１２は、第１アーム１１によって保持されるとともに第１アーム１１に内蔵されたモータ２２によって駆動されて回転軸Ｊ１の周りで水平面内を回転する。同様に第３アーム１３は、その基端部が第２アーム１２の先端部に回転可能に保持されており、第２アーム１２に内蔵されたモータ２３によって駆動されて回転軸Ｊ２の周りで水平面内を回転する。ハンド１４は、その基端部が第３アーム１３の先端部に回転可能に保持されており、第３アーム１３に内蔵されたモータ２４によって駆動されて回転軸Ｊ３の周りで水平面内を回転する。 The first arm 11 is driven by a motor 21 built into the lift cylinder 15 to rotate around a rotation axis J0 in a horizontal plane. The base end of the second arm 12 is rotatably connected to the tip of the first arm 11, and the second arm 12 is held by the first arm 11 and driven by a motor 22 built into the first arm 11 to rotate around a rotation axis J1 in a horizontal plane. Similarly, the third arm 13 is rotatably held at its base end at the tip of the second arm 12 and driven by a motor 23 built into the second arm 12 to rotate around a rotation axis J2 in a horizontal plane. The hand 14 is rotatably held at its base end at the tip of the third arm 13 and driven by a motor 24 built into the third arm 13 to rotate around a rotation axis J3 in a horizontal plane.

図１（ｃ）はハンド１４の構成を示す拡大平面図である。ハンド１４では、その先端部側がフォーク状に２つに分岐してフォーク部２０を構成している。ワーク５０は、搬送時にはハンド１４においてフォーク部２０の表面において水平に載置される。フォーク部２０における一方の分岐の先端にはレーザー光を発する発光部２６が設けられ、他方の分岐の先端には発光部２６からのレーザー光が入射する受光部２７が設けられており、発光部２６と受光部２７とによってスルービームセンサ２５が構成されている。図において発光部２６から受光部２７に向かう矢印は、発光部２６から受光部２７に向かう光の光路２８を示している。スルービームセンサ２５によれば、受光部２７において発光部２６からの光を検出できたかどうかによって、発光部２６と受光部２７との間の光路２８を遮る物体の有無を非接触で検知できる。このようなスルービームセンサ２５は、ステージ５１が半導体ウエハなどのワーク５０をスロットごとに格納するカセットであるときに、そのカセットでのスロットごとの在荷状況を調べるマッピングを行うために、半導体ウエハの搬送に用いられるロボット１には一般的に設けられているものである。 1(c) is an enlarged plan view showing the configuration of the hand 14. The tip of the hand 14 is forked into two to form the fork section 20. The workpiece 50 is placed horizontally on the surface of the fork section 20 in the hand 14 during transportation. A light emitting section 26 that emits laser light is provided at the tip of one of the forks in the fork section 20, and a light receiving section 27 into which the laser light from the light emitting section 26 is incident is provided at the tip of the other fork, and the light emitting section 26 and the light receiving section 27 form a through beam sensor 25. In the figure, the arrow from the light emitting section 26 to the light receiving section 27 indicates the light path 28 of light from the light emitting section 26 to the light receiving section 27. The through beam sensor 25 can detect the presence or absence of an object blocking the light path 28 between the light emitting section 26 and the light receiving section 27 in a non-contact manner depending on whether the light from the light emitting section 26 can be detected at the light receiving section 27. Such a through beam sensor 25 is generally provided on a robot 1 used to transport semiconductor wafers in order to perform mapping to check the inventory status of each slot in a cassette when the stage 51 is a cassette that stores workpieces 50 such as semiconductor wafers in slots.

水平多関節ロボットであるロボット１の動作を説明するために、水平面内にＸＹ座標を設定する。ここでは図示するように作業領域５が長方形の空間であってその長辺に沿って複数のステージ５１が配置しているときに、長辺の延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向に垂直な方向をＹ方向とする。ロボット１がそのハンド１４を用いてステージ５１にアクセスするときは、ハンド１４は、Ｙ方向に移動して接続部５２を通過し、ステージ５１の内部に進入する。水平面内におけるロボット１の座標系（以下、ロボット座標系と呼ぶ）は、回転軸Ｊ０の位置を原点とする上述したようなＸＹ座標系で表される。以下、このようにしてＸＹ座標系が設定された水平面をＸＹ平面と呼ぶ。また、ステージ５１に対してワーク５０をロードまたはアンロードするときには、ロボット座標系でのステージ中心Ｃの座標を用いてロボット１を動作させる必要があり、したがって、ロボット１の教示を行うときは、ＸＹ平面におけるステージ中心Ｃの正確な位置を教示する必要がある。なお、図１（ｂ）に示すように、ロボット１にはロボット１の制御を行なうロボット制御装置３０が接続しており、ロボット制御装置３０は、外部から入力する指令に基づいて、モータ２１～２４及び昇降用モータ（不図示）を駆動し制御することができる。またロボット制御装置３０は、ロボット１を制御して以下に説明する自動教示を実行することができる。 In order to explain the operation of the robot 1, which is a horizontal articulated robot, XY coordinates are set in a horizontal plane. Here, when the working area 5 is a rectangular space and multiple stages 51 are arranged along its long side as shown in the figure, the direction in which the long side extends is the X direction, and the direction perpendicular to the X direction is the Y direction. When the robot 1 uses its hand 14 to access the stage 51, the hand 14 moves in the Y direction, passes through the connection part 52, and enters the inside of the stage 51. The coordinate system of the robot 1 in the horizontal plane (hereinafter referred to as the robot coordinate system) is expressed as the above-mentioned XY coordinate system with the position of the rotation axis J0 as the origin. Hereinafter, the horizontal plane in which the XY coordinate system is set in this way is referred to as the XY plane. In addition, when loading or unloading the workpiece 50 to or from the stage 51, it is necessary to operate the robot 1 using the coordinates of the stage center C in the robot coordinate system, and therefore, when teaching the robot 1, it is necessary to teach the exact position of the stage center C in the XY plane. As shown in FIG. 1(b), the robot 1 is connected to a robot control device 30 that controls the robot 1, and the robot control device 30 can drive and control the motors 21-24 and the lifting motor (not shown) based on commands input from the outside. The robot control device 30 can also control the robot 1 to execute the automatic teaching described below.

次に、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの位置を正確に求める自動教示について説明する。自動教示では、水平面内でのロボット座標系でのステージ中心Ｃの座標、すなわち上述したＸＹ平面でのステージ中心Ｃの座標を求める。そのために、ステージ５１において、ステージ中心Ｃから離れておりかつステージ中心Ｃとの相対的な位置関係が既知である２か所に、それぞれ円柱形状の位置決定用治具６１，６２を配置する。図ではワーク配置位置５３の外周に位置決定用治具６１，６２が配置されているように描かれているが、位置決定用治具６１，６２の配置される位置はこれに限定されるものではない。位置決定用治具６１，６２はＸＹ平面すなわち水平面に対して直立するように設けられるので、位置決定用治具６１，６２の円柱としての軸は垂直方向に延びており、ＸＹ平面におけるこの軸の位置を治具中心Ｏとする。ロボット座標系における２つの位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏの座標が分かれば、各治具中心Ｏとステージ中心Ｃとの位置関係も既知であることから、ロボット座標系でのステージ中心Ｃの位置、すなわちそのＸＹ座標値が算出できることになる。 Next, automatic teaching for accurately determining the position of the stage center C in the robot coordinate system will be described. In automatic teaching, the coordinates of the stage center C in the robot coordinate system in the horizontal plane, that is, the coordinates of the stage center C in the above-mentioned XY plane, are determined. For this purpose, cylindrical positioning jigs 61 and 62 are placed in two locations on the stage 51 that are away from the stage center C and whose relative positional relationship with the stage center C is known. In the figure, the positioning jigs 61 and 62 are drawn to be placed on the outer periphery of the work placement position 53, but the positions of the positioning jigs 61 and 62 are not limited to this. The positioning jigs 61 and 62 are provided so as to stand upright in the XY plane, i.e., the horizontal plane, so that the cylindrical axis of the positioning jigs 61 and 62 extends vertically, and the position of this axis in the XY plane is the jig center O. If the coordinates of the jig center O of each of the two positioning jigs 61, 62 in the robot coordinate system are known, the positional relationship between each jig center O and the stage center C is also known, so the position of the stage center C in the robot coordinate system, i.e., its XY coordinate values, can be calculated.

図２は、自動教示を説明する図である。本実施形態では、位置決定用治具６１，６２の各々の治具中心Ｏのロボット座標系でのＸＹ座標値をロボット１のハンドに設けられているスルービームセンサ２５を用いて非接触で決定する。位置決定用治具６１，６２は円柱状であり、その水平面による断面形状は真円であり、その真円の中心は治具中心Ｏである。そこでロボット１を動作させて位置決定用治具６１，６２の各々ごとに作業領域５の側から異なる３つの方向でハンド１４をその位置決定用治具６１，６２に向けて接近させる。この場合、接続部５２の開口を介してハンド１４をステージ５１内に進入させるので、位置決定用治具６１，６２ごとにハンド１４が取り得る角度範囲には接続部５２の開口の大きさによって制約が生じる。作業領域５やステージ５１の設計データ、作業領域５内のどこにロボット１を設置したかの設置データに基づいて、ロボット座標系で表したステージ中心Ｃや各位置決定用治具６１，６２の大まかな位置は分かっているので、作業領域５の壁面やステージ５１の壁面にロボット１を衝突させることなく、各位置決定用治具６１，６２に向けてハンド１４を接近させることができる。 Figure 2 is a diagram explaining automatic teaching. In this embodiment, the XY coordinate values in the robot coordinate system of the jig center O of each of the positioning jigs 61, 62 are determined in a non-contact manner using a through beam sensor 25 provided on the hand of the robot 1. The positioning jigs 61, 62 are cylindrical, and their horizontal cross-sectional shape is a perfect circle, with the center of the perfect circle being the jig center O. The robot 1 is then operated to move the hand 14 toward each of the positioning jigs 61, 62 in three different directions from the working area 5 side. In this case, the hand 14 is caused to enter the stage 51 through the opening of the connection part 52, so that the angle range that the hand 14 can take for each of the positioning jigs 61, 62 is restricted by the size of the opening of the connection part 52. The rough positions of the stage center C and each of the positioning jigs 61, 62 expressed in the robot coordinate system are known based on the design data for the working area 5 and the stage 51, and the installation data for where the robot 1 is installed within the working area 5, so the hand 14 can be brought close to each of the positioning jigs 61, 62 without causing the robot 1 to collide with the walls of the working area 5 or the walls of the stage 51.

図２（ａ）は、一方の位置決定用治具６１に対して異なる３つの方向からハンド１４を接近させることを示している。ハンド１４を位置決定用治具６１に接近させると、スルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１によって遮られる。ハンド１４の移動中に光路２８が遮られる瞬間において、その光路２８は、ＸＹ平面において位置決定用治具６１の外周を表す円の接線と一致することになる。光路２８が遮られた瞬間のロボット１の各軸の角度はモータ２１～２４に接続されたエンコーダの出力から知ることができ、また、ロボット１のアーム１１～１３やハンドの長さは既知であるから、位置決定用治具６１によって光路２８が遮られたことに基づいて、ＸＹ平面において位置決定用治具６１が表す円の接線の方程式を得ることができる。異なる３つの方向からハンド１４を位置決定用治具６１に接近させると、図２（ｂ）に示すように、ＸＹ平面における３本の接線Ｌ１～Ｌ３が得られ、これらの接線Ｌ１～Ｌ３のそれぞれの方程式を得ることができる。これらの接線間の２等分線の交点、例えば接線Ｌ１，Ｌ２の２等分線を直線Ｍ１とし、接線Ｌ２，Ｌ３の二等分線を直線Ｍ２とすれば、直線Ｍ１，Ｍ２の交点が治具中心Ｏとなる。したがって、接線Ｌ１～Ｌ３の方程式から位置決定用治具６１の治具中心Ｏの正確なＸＹ座標値を求めることができる。同様の手順をもう一方の位置決定用治具６２にも適用することによって、位置決定用治具６２の治具中心Ｏの正確なＸＹ座標値も求めることができ、ロボット座標系における位置決定用治具６１，６２な正確な位置が求められたことになる。ステージ中心Ｃと位置決定用治具６１，６２との正確な相対的な位置関係は分かっているので、図２（ｃ）に示すように、正確に決定された位置決定用治具６１，６２を使用して、ロボット座標系におけるステージ中心Ｃの正確な位置を決定することができる。すなわち、ステージ中心Ｃの位置を自動的に教示できたことになる。 2(a) shows that the hand 14 approaches one of the positioning jigs 61 from three different directions. When the hand 14 approaches the positioning jig 61, the optical path 28 of the through beam sensor 25 is blocked by the positioning jig 61. At the moment when the optical path 28 is blocked during the movement of the hand 14, the optical path 28 coincides with the tangent of the circle representing the outer circumference of the positioning jig 61 in the XY plane. The angle of each axis of the robot 1 at the moment when the optical path 28 is blocked can be known from the output of the encoder connected to the motors 21 to 24, and the length of the arms 11 to 13 and the hand of the robot 1 are known, so that the equation of the tangent of the circle represented by the positioning jig 61 in the XY plane can be obtained based on the blocking of the optical path 28 by the positioning jig 61. When the hand 14 is brought close to the positioning jig 61 from three different directions, three tangents L1 to L3 in the XY plane can be obtained as shown in FIG. 2B, and the equations of the tangents L1 to L3 can be obtained. If the bisector of these tangents, for example the bisector of the tangents L1 and L2 is a straight line M1 and the bisector of the tangents L2 and L3 is a straight line M2, then the intersection of the straight lines M1 and M2 is the jig center O. Therefore, the accurate XY coordinate values of the jig center O of the positioning jig 61 can be obtained from the equations of the tangents L1 to L3. By applying the same procedure to the other positioning jig 62, the accurate XY coordinate values of the jig center O of the positioning jig 62 can also be obtained, and the accurate positions of the positioning jigs 61 and 62 in the robot coordinate system can be obtained. Since the exact relative positional relationship between the stage center C and the positioning jigs 61 and 62 is known, the exact position of the stage center C in the robot coordinate system can be determined using the accurately determined positioning jigs 61 and 62, as shown in FIG. 2(c). In other words, the position of the stage center C can be automatically taught.

以上の説明は、２本の位置決定用治具６１，６２をステージ中心Ｃから離れて配置する場合のものであるが、図２（ｄ）に示すようにステージ中心Ｃに位置決定用治具６１を配置できるのであれば、上述と同様にロボット座標系における位置決定用治具６１の座標を決定することにより、ステージ中心Ｃの座標を求めることができる。言い換えればこの場合にはステージ中心Ｃに配置した１本の位置決定用治具６１のみを用いてステージ中心Ｃの自動教示を行うことができる。 The above explanation is for the case where the two positioning jigs 61, 62 are placed away from the stage center C, but if the positioning jig 61 can be placed at the stage center C as shown in FIG. 2(d), the coordinates of the stage center C can be found by determining the coordinates of the positioning jig 61 in the robot coordinate system in the same manner as described above. In other words, in this case, automatic teaching of the stage center C can be performed using only one positioning jig 61 placed at the stage center C.

しかしながら、ロボット１における各種の機械的な誤差、スルービームセンサ２５の光路２８のビーム径が有限であること、環境光の影響などから、上記のようにしてロボット座標系における位置決定用治具６１，６２の位置すなわち治具中心Ｏの座標を求めた場合に再現性が低下し、得られる座標値にばらつきが生じることがある。このような再現性の低下は、治具中心Ｏの座標における大きな誤差を意味し、ステージ中心Ｃの教示における教示誤差をもたらす。治具中心Ｏの座標の決定における誤差を小さくするためには、異なる３つの方向からハンド１４を接近させて治具中心Ｏの座標を求めることをハンド１４の動く方向を変えながら複数回実行し、各回の位置決定で得られた座標値を平均することが考えられる。そこで本実施形態では、異なる３つの方向からハンド１４を接近させて治具中心Ｏの座標を求めることを複数回行ってその平均から治具中心Ｏの座標を求めることとする。ここで座標の決定回数をＮ（ただしＮ≧２）とすれば、合計で３Ｎ回にわたってハンド１４を位置決定用治具６１に接近させるが、本実施形態では、治具中心Ｏの座標の決定誤差が小さくなるように、各回の位置決定でのハンド１４の移動方向を選択する。図３は、本実施形態での治具中心Ｏの座標の決定方法を説明する模式平面図である。ここでは位置決定用治具６１の治具中心Ｏの座標の決定方法を説明するが、位置決定用治具６２の治具中心の座標も同様に決定することができる。 However, due to various mechanical errors in the robot 1, the finite beam diameter of the optical path 28 of the through beam sensor 25, the influence of ambient light, etc., when the position of the positioning jigs 61, 62 in the robot coordinate system, i.e., the coordinates of the jig center O, are obtained as described above, the reproducibility decreases, and the obtained coordinate values may vary. Such a decrease in reproducibility means a large error in the coordinates of the jig center O, which leads to a teaching error in teaching the stage center C. In order to reduce the error in determining the coordinates of the jig center O, it is possible to perform the process of obtaining the coordinates of the jig center O by approaching the hand 14 from three different directions multiple times while changing the direction of movement of the hand 14, and to average the coordinate values obtained by each position determination. Therefore, in this embodiment, the coordinates of the jig center O are obtained by approaching the hand 14 from three different directions multiple times, and the coordinates of the jig center O are obtained from the average. If the number of coordinate determinations is N (where N>=2), the hand 14 is moved toward the positioning jig 61 a total of 3N times, but in this embodiment, the direction of movement of the hand 14 is selected for each position determination so that the determination error of the coordinates of the jig center O is small. FIG. 3 is a schematic plan view illustrating a method for determining the coordinates of the jig center O in this embodiment. Here, a method for determining the coordinates of the jig center O of the positioning jig 61 is described, but the coordinates of the jig center of the positioning jig 62 can be determined in a similar manner.

上述したように位置決定用治具６１に接近するときのハンド１４が取り得る角度範囲には制約がある。この角度範囲は、治具中心Ｏを中心として作業領域５を向いた角度範囲であり、図３（ａ）ではθで表されている。角度範囲θの大きさは、どれだけ大きくても１８０度未満であり、通常は、数十度程度である。一方、異なる３つの方向から位置決定用治具６１にハンド１４を接近させて治具中心Ｏのロボット座標系での位置を決定する場合、ハンド１４を接近させる３つの方向が相互にできるだけ離れている方が座標の決定精度は向上する。また、治具中心Ｏの座標を決定するときの誤差の要因にはロボット１における減速機の角度伝達誤差が含まれ、減速機の角度伝達誤差の影響を小さくするためには、角度範囲θ内で全体としてできるだけ多くの方向から位置決定用治具６１に向けてハンド１４を接近させて誤差の影響を相殺することが好ましい。治具中心Ｏの座標を決定するときの他の誤差の要因の影響を小さくするためにも全体としてできるだけ多くの方向から位置決定用治具６１に向けてハンド１４を接近させることが好ましい。 As described above, there is a restriction on the angle range that the hand 14 can take when approaching the positioning jig 61. This angle range is an angle range facing the working area 5 with the jig center O as the center, and is represented by θ in FIG. 3(a). The size of the angle range θ is less than 180 degrees no matter how large it is, and is usually about several tens of degrees. On the other hand, when the hand 14 approaches the positioning jig 61 from three different directions to determine the position of the jig center O in the robot coordinate system, the accuracy of determining the coordinates is improved if the three directions in which the hand 14 approaches are as far apart as possible from each other. In addition, the cause of the error when determining the coordinate of the jig center O includes the angular transmission error of the reducer in the robot 1, and in order to reduce the effect of the angular transmission error of the reducer, it is preferable to offset the effect of the error by approaching the hand 14 toward the positioning jig 61 from as many directions as possible as a whole within the angular range θ. In order to reduce the influence of other error factors when determining the coordinates of the jig center O, it is preferable to have the hand 14 approach the positioning jig 61 from as many directions as possible overall.

位置の決定を行うごとにハンド１４を相互にできるだけ離れた異なる３つの方向から位置決定用治具６１に接近させる、という条件と、全体としてできるだけ多くの方向から位置決定用治具６１に接近させる、という条件を考慮して、本実施形態では、上述した角度範囲θ内に３Ｎ通りの方向を設定する。各方向はいずれも１回の位置決定にしか使用されない。これらの方向は、治具中心Ｏから見て等角度間隔で並んでいることが好ましい。図３（ａ）では、設定された方向の各々が矢印で示されており、各小円は、その小円に対応する方向でハンド１４を位置決定用治具６１に接近させたときにハンド１４のスルービームセンサ２５の光路２８が位置決定用治具６１の外周と接することになるであろう位置を示している。図では、Ｎ＝５の場合が示されており、１５（＝３×５）通りの方向からハンド１４が位置決定用治具６１に接近する。Ｎを５よりもさらに大きくし、ハンド１４が接近する方向の相互間の角度をより小さくすることにより、治具中心Ｏの座標の決定精度をさらに高めることができる。 Considering the condition that the hand 14 approaches the positioning jig 61 from three different directions as far apart as possible each time a position is determined, and the condition that the hand 14 approaches the positioning jig 61 from as many directions as possible overall, in this embodiment, 3N directions are set within the above-mentioned angle range θ. Each direction is used only for one position determination. These directions are preferably arranged at equal angular intervals as viewed from the jig center O. In FIG. 3(a), each of the set directions is indicated by an arrow, and each small circle indicates the position where the optical path 28 of the through beam sensor 25 of the hand 14 will come into contact with the outer periphery of the positioning jig 61 when the hand 14 approaches the positioning jig 61 in the direction corresponding to that small circle. The figure shows the case of N=5, and the hand 14 approaches the positioning jig 61 from 15 (=3×5) directions. By increasing N beyond 5 and reducing the angle between the directions in which the hands 14 approach, the accuracy of determining the coordinates of the jig center O can be further improved.

図３（ａ）に示した例では、１回の位置決定に３つの方向を使用するから、１５通りの方向を用いることにより５回の位置決定を行うことができる。各回の位置決定において用いる３つの方向はできるだけ離れていることが好ましいから、角度範囲θの一方の端部側から数えて、１番目、６番目及び１１番目の方向を第１グループとし、２番目、７番目及び１２番目の方向を第２グループとし、以下同様にして、５番目、１０番目及び１５番目の方向を第５グループとする。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す１５通りの方向をどのように組み合わせてグループとするかを小円内のハッチングで示している。そしてグループごとにそのグループに属する３つの方向を用いて治具中心Ｏの位置を座標として決定する。図３（ｃ）は、グループごとに算出された治具中心Ｏの位置を示す図であり、グループごとに算出された位置は十字型のマークによって示されている。また、小円は、図３（ｂ）に示すようにグループ分けがなされているとして、スルービームセンサ２５の光路２８によってどの位置で位置決定用治具６１の外周を検出したかを示している。したがって、図３（ｃ）に示す小円は、ロボット座標系のものではあるが、上述した各誤差を含んで決定された位置を示しており、太線で示す本来の位置決定用治具６１の外周の位置からはずれている。各回の位置決定ではこのように誤差を含んだ位置から治具中心Ｏの位置を算出するので、算出された治具中心Ｏの位置もばらついている。 In the example shown in FIG. 3(a), three directions are used for one position determination, so five position determinations can be performed by using 15 different directions. Since it is preferable that the three directions used in each position determination are as far apart as possible, the first, sixth, and eleventh directions counting from one end of the angle range θ are grouped as the first group, the second, seventh, and twelfth directions are grouped as the second group, and the fifth, tenth, and fifteenth directions are grouped as the fifth group in the same manner. FIG. 3(b) shows how the 15 directions shown in FIG. 3(a) are combined into groups by hatching in small circles. Then, for each group, the position of the jig center O is determined as a coordinate using the three directions belonging to that group. FIG. 3(c) shows the position of the jig center O calculated for each group, and the calculated position for each group is indicated by a cross-shaped mark. The small circles are grouped as shown in FIG. 3(b), and indicate the positions at which the outer periphery of the positioning jig 61 was detected by the optical path 28 of the through beam sensor 25. Therefore, the small circles shown in FIG. 3(c) are in the robot coordinate system, but indicate positions determined including the above-mentioned errors, and deviate from the original position of the outer periphery of the positioning jig 61, indicated by the thick line. In each position determination, the position of the jig center O is calculated from a position including such errors, and so the calculated position of the jig center O also varies.

本実施形態では、各回の位置決定によって求められた治具中心Ｏの座標の平均を求めることにより、治具中心Ｏの最終的な座標を決定し、それに基づいてステージ中心Ｃの座標を算出してステージ中心Ｃの自動教示を行う。そのとき、各回の位置測定による治具中心Ｏの座標に外れ値が存在するときは、そのような外れ値である座標を除外して治具中心Ｏの座標の平均値を求めることが好ましい。外れ値の検出方法としては公知のものを使用することができるが、例えば、各回の位置測定による治具中心Ｏの座標の平均値を求めるときに、座標についての分散σも求め、算出された平均値との距離が３σ以上となる座標データを外れ値とすることができる。図において破線の円は、３σの範囲を示しており、ここで示す例では、第１グループの３つの方向を用いてハンド１４を位置決定用治具６１に接近させて得た治具中心Ｏの位置が３σの範囲の外側にあり、外れ値として取り扱われる。このように外れ値を除外して治具中心Ｏの最終的な座標を決定することにより、誤差の大きなグループを除外して治具中心Ｏの座標を決定できるので、治具中心Ｏの座標の再現性が向上してステージ中心Ｃの位置の教示誤差も小さくすることができる。 In this embodiment, the final coordinates of the jig center O are determined by calculating the average of the coordinates of the jig center O determined by each position determination, and the coordinates of the stage center C are calculated based on the final coordinates, and the stage center C is automatically taught. At that time, if there are outliers in the coordinates of the jig center O by each position measurement, it is preferable to exclude such outlier coordinates and calculate the average value of the coordinates of the jig center O. A known method for detecting outliers can be used, but for example, when calculating the average value of the coordinates of the jig center O by each position measurement, the variance σ of the coordinates can also be calculated, and the coordinate data whose distance from the calculated average value is 3σ or more can be treated as an outlier. In the figure, the dashed circle indicates the range of 3σ, and in the example shown here, the position of the jig center O obtained by approaching the hand 14 to the position determination jig 61 using the three directions of the first group is outside the range of 3σ and is treated as an outlier. By excluding outliers in this way and determining the final coordinates of the jig center O, it is possible to determine the coordinates of the jig center O by excluding groups with large errors, improving the reproducibility of the coordinates of the jig center O and reducing the teaching error of the position of the stage center C.

図４は、位置決定用治具６１の治具中心Ｏのロボット座標系での座標値を求める上述した処理を示すフローチャートである。この処理は、ロボット制御装置３０によって実行される。まず、ステップ１０１において、位置決定用治具６１に対してハンド１４を接近させるときにハンド１４が取り得る角度範囲θの範囲内で、３Ｎ通りの方向を例えば等角度間隔で設定する（ただしＮ≧２）。次にステップ１０２において、３Ｎ通りの方向の中で、角度範囲θの一方の端部側から数えて１番目の方向とＮ＋１番目の方向と２Ｎ＋１番目の方向の組み合わせ、２番目とＮ＋２番目と２Ｎ＋２番目の組み合わせ、Ｎ番目と２Ｎ番目と３Ｎ番目の組み合わせというように、Ｎ番目ごとに方向を選択してそれぞれが３つの方向からなるグループを合計Ｎ個設定する。そしてステップ１０３において、グループごとに、そのグループの３つの方向を用いてハンド１４を位置決定用治具６１に接近させ、図２を用いて説明した手順にしたがってロボット座標系での治具中心Ｏの座標を算出する。Ｎ個のグループの全てについて治具中心Ｏの座標の算出が終わったら、次に、ステップ１０４において、ステップ１０３においてグループごとに求めた合計Ｎ個の治具中心Ｏの座標から、それらの平均値と分散σとを求める。その後、ステップ１０５において、分散σに基づいて外れ値があるかどうかを判定し、外れ値がある場合には、ステップ１０６において、その外れ値を除外して治具中心Ｏの座標の平均値を再計算し、ステップ１０７に進む。ステップ１０５において外れ値がないと判定したときもそのままステップ１０７に進む。ステップ１０７では、ステップ１０４で得られた平均値（外れ値がない場合）またはステップ１０６での再計算で得られた平均値（外れ値があった場合）を自動教示に用いる治具中心Ｏの座標とする。これにより、位置決定用治具６１について、自動教示に用いる治具中心Ｏの座標が定まったことになる。もう１つの位置決定用治具６２についても、同様の処理によって自動教示に用いる治具中心Ｏの座標が定めることができ、これらの座標を用いてステージ中心Ｃの自動教示を行うことができる。 Figure 4 is a flow chart showing the above-mentioned process for determining the coordinate value of the jig center O of the positioning jig 61 in the robot coordinate system. This process is executed by the robot control device 30. First, in step 101, within the range of the angle range θ that the hand 14 can take when approaching the positioning jig 61, 3N directions are set, for example, at equal angular intervals (where N ≥ 2). Next, in step 102, among the 3N directions, a combination of the 1st direction, the N+1th direction, and the 2N+1th direction, a combination of the 2nd, the N+2nd, and the 2N+2nd, and a combination of the Nth, the 2Nth, and the 3Nth directions counting from one end side of the angle range θ, is selected for each Nth direction, and a total of N groups each consisting of three directions are set. Then, in step 103, for each group, the hand 14 is brought close to the positioning jig 61 using the three directions of that group, and the coordinate of the jig center O in the robot coordinate system is calculated according to the procedure described using Figure 2. After the calculation of the coordinates of the jig center O for all N groups is completed, next, in step 104, the average value and variance σ are calculated from the coordinates of the total N jig centers O calculated for each group in step 103. Then, in step 105, it is determined whether there is an outlier based on the variance σ, and if there is an outlier, in step 106, the outlier is excluded and the average value of the coordinates of the jig center O is recalculated, and the process proceeds to step 107. If it is determined in step 105 that there is no outlier, the process proceeds directly to step 107. In step 107, the average value obtained in step 104 (if there is no outlier) or the average value obtained by recalculation in step 106 (if there is an outlier) is set as the coordinate of the jig center O to be used for automatic teaching. This means that the coordinates of the jig center O to be used for automatic teaching for the positioning jig 61 are determined. For the other positioning jig 62, the coordinates of the jig center O to be used for automatic teaching can be determined by a similar process, and these coordinates can be used to perform automatic teaching of the stage center C.

以上説明した本実施形態によれば、治具中心Ｏの座標を再現性よく求めることができて精度が向上し、それにより、ステージ中心Ｃについての教示誤差も小さくすることができる。自動教示の再現性と精度が向上することにより、搬送物であるワーク５０の取り置き失敗や自動教示のやり直しの頻度を減少させることができ、ロボット１を含むシステム全体の生産性を向上させることができる。 According to the present embodiment described above, the coordinates of the jig center O can be determined with good reproducibility, improving accuracy, and thereby reducing the teaching error for the stage center C. By improving the reproducibility and accuracy of automatic teaching, it is possible to reduce the frequency of failure to place the workpiece 50, which is the transported item, and the need to redo automatic teaching, thereby improving the productivity of the entire system including the robot 1.

なお、本技術は以下のような構成をとることが可能である。 This technology can be configured as follows:

（１） ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、前記ＸＹ座標系をロボット座標系とし、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、
前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに、前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、
前記第１の工程で定めた前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、
前記第２の設定工程で設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出する位置算出工程と、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求める平均算出工程と、
を有し、
前記平均値を前記ロボットの教示において用いられる前記位置決定用治具の座標とする、自動教示方法。 (1) An automatic teaching method for automatically teaching a position of a stage center of a stage connected to a working area via a connection part that is an opening to a robot having a hand and disposed inside the working area, the method comprising the steps of:
an XY coordinate system is defined with a direction from inside the working area toward the center of the stage via the connection part as a Y direction and a direction perpendicular to the Y direction as an X direction, the XY coordinate system is defined as a robot coordinate system, and a plane spanned by the X direction and the Y direction is defined as an XY plane;
placing a cylindrical positioning jig at a position inside the stage whose relative positional relationship with a center of the stage is known;
a first setting step of determining 3N different directions within an angle range that the hand can take toward the positioning jig on the XY plane when the hand is caused to enter inside the stage, where N is an integer equal to or greater than 2;
a second setting step of setting N different groups by selecting directions while changing a starting point from one end side of the angle range, assuming that a group is constituted by three directions selected for each N direction from the 3N directions determined in the first step;
a position calculation step of, for each of the groups set in the second setting step, bringing the hand close to the positioning jig from three directions included in the group, detecting the positioning jig in a non-contact manner using a sensor provided on the hand, and calculating coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system;
an averaging step for calculating an average value of the coordinates obtained for all the groups;
having
The automatic teaching method further comprises setting the average value as the coordinates of the positioning jig used in teaching the robot.

（２） 前記位置算出工程で得られた前記座標の中から外れ値を探索し、前記外れ値が存在する場合には、前記平均算出工程において当該外れ値を除外して前記平均値を算出する、（１）に記載の自動教示方法。 (2) The automatic teaching method described in (1), further comprising: searching for outliers among the coordinates obtained in the position calculation step; and, if any outliers exist, excluding the outliers in the average calculation step to calculate the average value.

（３） 前記平均算出工程において、すべての前記グループについて得られた前記座標の分散も算出し、前記分散に基づいて前記外れ値についての判定を行う、（２）に記載の自動教示方法。 (3) In the automatic teaching method described in (2), in the average calculation step, the variance of the coordinates obtained for all the groups is also calculated, and the outlier is determined based on the variance.

（４） 前記第１の設定工程において、前記位置決定用治具から見て等角度間隔で前記３Ｎ通りの方向を定める、（１）乃至（３）のいずれかに記載の自動教示方法。 (4) An automatic teaching method according to any one of (1) to (3), in which, in the first setting step, the 3N directions are determined at equal angular intervals as viewed from the positioning jig.

（５） 前記ロボットは水平多関節ロボットであって、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向はいずれも水平面内での方向である、（１）乃至（４）のいずれかに記載の自動教示方法。 (5) The automatic teaching method according to any one of (1) to (4), wherein the robot is a horizontal articulated robot, and the X direction and the Y direction are both directions within a horizontal plane.

（６） 前記位置算出工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、（５）に記載の自動教示方法。 (6) The automatic teaching method described in (5), in which the hand is moved within the horizontal plane in the position calculation process.

（７） 前記Ｙ方向は、前記接続部の位置において前記作業領域の壁面に垂直な方向である、（１）乃至（６）のいずれかに記載の自動教示方法。 (7) The automatic teaching method according to any one of (1) to (6), wherein the Y direction is a direction perpendicular to the wall surface of the working area at the position of the connection part.

（８） 前記センサはスルービームセンサである、（１）乃至（７）のいずれかに記載の自動教示方法。 (8) An automatic teaching method according to any one of (1) to (7), in which the sensor is a through-beam sensor.

（９） ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を前記ロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、前記ＸＹ座標系がロボット座標系であり、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、
設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出し、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求め、
前記平均値が前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標であるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。 (9) A robot control device that controls a robot having a hand and disposed inside a working area, and automatically teaches the robot a position of a stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening, the robot control device comprising:
an XY coordinate system is defined with a Y direction from the inside of the working area toward the center of the stage via the connection part and an X direction perpendicular to the Y direction, the XY coordinate system is a robot coordinate system, a plane spanned by the X direction and the Y direction is an XY plane, and a cylindrical positioning jig is disposed at a position inside the stage whose relative positional relationship with the stage center is known;
determining 3N directions within an angle range that the hand can take on the XY plane toward the positioning jig when the hand enters the stage, where N is an integer of 2 or more; determining that groups are formed by three directions selected for each of N directions from the 3N directions; and setting N different groups by selecting directions while changing a starting point from one end side of the angle range;
For each of the groups that have been set, the hand is brought close to the positioning jig from three directions included in the group, and a sensor provided on the hand detects the positioning jig in a non-contact manner to calculate coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system;
Average the coordinates obtained for all the groups;
A robot control device that teaches the robot by using the average value as the coordinate of the positioning jig in the robot coordinate system.

１…ロボット；５…作業領域；１０…基台；１１…第１アーム；１２…第２アーム；１３…第３アーム；１４…ハンド；１５…昇降筒；２０…フォーク部；２１～２４…モータ；２５…スルービームセンサ；２６…発光部；２７…受光部；２８…光路；３０…ロボット制御装置；５０…ワーク；５１…カセット；５２…ステージ；５３…ワーク配置位置；６１，６２…位置決定用治具；Ｃ…ステージ中心；Ｏ…治具中心。 1...Robot; 5...Working area; 10...Base; 11...First arm; 12...Second arm; 13...Third arm; 14...Hand; 15...Lifting cylinder; 20...Fork section; 21-24...Motor; 25...Through beam sensor; 26...Light emitter; 27...Light receiver; 28...Optical path; 30...Robot control device; 50...Work; 51...Cassette; 52...Stage; 53...Work placement position; 61, 62...Positioning jig; C...Stage center; O...Jig center.

Claims (9)

ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットに対し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を自動的に教示する自動教示方法であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系を定め、前記ＸＹ座標系をロボット座標系とし、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面をＸＹ平面とし、
前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具を配置する工程と、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに、前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定める第１の設定工程と、
前記第１の工程で定めた前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定する第２の設定工程と、
前記第２の設定工程で設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出する位置算出工程と、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求める平均算出工程と、
を有し、
前記平均値を前記ロボットの教示において用いられる前記位置決定用治具の座標とする、自動教示方法。 1. An automatic teaching method for automatically teaching a position of a stage center of a stage connected to a working area via a connection part that is an opening to a robot having a hand and disposed inside the working area, comprising:
an XY coordinate system is defined with a direction from inside the working area toward the center of the stage via the connection part as a Y direction and a direction perpendicular to the Y direction as an X direction, the XY coordinate system is defined as a robot coordinate system, and a plane spanned by the X direction and the Y direction is defined as an XY plane;
placing a cylindrical positioning jig at a position inside the stage whose relative positional relationship with a center of the stage is known;
a first setting step of determining 3N different directions within an angle range that the hand can take toward the positioning jig on the XY plane when the hand is caused to enter inside the stage, where N is an integer equal to or greater than 2;
a second setting step of setting N different groups by selecting directions while changing a starting point from one end side of the angle range, assuming that a group is constituted by three directions selected for each N direction from the 3N directions determined in the first step;
a position calculation step of, for each of the groups set in the second setting step, bringing the hand close to the positioning jig from three directions included in the group, detecting the positioning jig in a non-contact manner using a sensor provided on the hand, and calculating coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system;
an averaging step for calculating an average value of the coordinates obtained for all the groups;
having
The automatic teaching method further comprises setting the average value as the coordinates of the positioning jig used in teaching the robot. 前記位置算出工程で得られた前記座標の中から外れ値を探索し、前記外れ値が存在する場合には、前記平均算出工程において当該外れ値を除外して前記平均値を算出する、請求項１に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to claim 1, further comprising: searching for outliers among the coordinates obtained in the position calculation step; and, if an outlier is present, excluding the outlier in the average calculation step to calculate the average value. 前記平均算出工程において、すべての前記グループについて得られた前記座標の分散も算出し、前記分散に基づいて前記外れ値についての判定を行う、請求項２に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to claim 2, wherein in the average calculation step, the variance of the coordinates obtained for all the groups is also calculated, and the outlier is determined based on the variance. 前記第１の設定工程において、前記位置決定用治具から見て等角度間隔で前記３Ｎ通りの方向を定める、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein in the first setting step, the 3N directions are determined at equal angular intervals as viewed from the positioning jig. 前記ロボットは水平多関節ロボットであって、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向はいずれも水平面内での方向である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein the robot is a horizontal articulated robot, and the X direction and the Y direction are both directions within a horizontal plane. 前記位置算出工程において、前記水平面内で前記ハンドを移動させる、請求項５に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to claim 5, wherein the hand is moved within the horizontal plane in the position calculation process. 前記Ｙ方向は、前記接続部の位置において前記作業領域の壁面に垂直な方向である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein the Y direction is a direction perpendicular to the wall surface of the working area at the position of the connection part. 前記センサはスルービームセンサである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動教示方法。 The automatic teaching method according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor is a through beam sensor. ハンドを備えて作業領域の内部に配置されるロボットを制御し、開口である接続部を介して前記作業領域に接続されたステージのステージ中心の位置を前記ロボットに対して自動的に教示するロボット制御装置であって、
前記作業領域の内部から前記接続部を介して前記ステージ中心に向かう方向をＹ方向とし前記Ｙ方向に垂直な方向をＸ方向としてＸＹ座標系が定められ、前記ＸＹ座標系がロボット座標系であり、前記Ｘ方向と前記Ｙ方向とによって張られる平面がＸＹ平面であり、前記ステージの内部において前記ステージ中心との相対的な位置関係が既知である位置に円柱状の位置決定用治具が配置されているときに、
Ｎが２以上の整数であるとして、前記ハンドを前記ステージの内部に進入させたときに前記位置決定用治具に向かって前記ＸＹ平面において前記ハンドが取り得る角度範囲内で３Ｎ通りの方向を定め、前記３Ｎ通りの方向の中からＮ個の方向ごとに選んだ３個の方向によってグループが構成されるとして、前記角度範囲の一端側から起算点を変えつつ方向を選択して異なるＮ個のグループを設定し、
設定された前記グループごとに、当該グループに含まれる３つの方向から前記ハンドを前記位置決定用治具に接近させ、前記ハンドに設けられたセンサによって前記位置決定用治具を非接触で検出して前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標を算出し、
すべての前記グループについて得られた前記座標の平均値を求め、
前記平均値が前記ロボット座標系における前記位置決定用治具の座標であるとして前記ロボットの教示を行うロボット制御装置。 A robot control device that controls a robot having a hand and disposed inside a working area, and automatically teaches the robot a position of a stage center of a stage connected to the working area via a connection part that is an opening,
an XY coordinate system is defined with a Y direction from the inside of the working area toward the center of the stage via the connection part and an X direction perpendicular to the Y direction, the XY coordinate system is a robot coordinate system, a plane spanned by the X direction and the Y direction is an XY plane, and a cylindrical positioning jig is disposed at a position inside the stage whose relative positional relationship with the stage center is known;
determining 3N directions within an angle range that the hand can take on the XY plane toward the positioning jig when the hand enters the stage, where N is an integer of 2 or more; determining that groups are formed by three directions selected for each of N directions from the 3N directions; and setting N different groups by selecting directions while changing a starting point from one end side of the angle range;
For each of the groups that have been set, the hand is brought close to the positioning jig from three directions included in the group, and a sensor provided on the hand detects the positioning jig in a non-contact manner to calculate coordinates of the positioning jig in the robot coordinate system;
Average the coordinates obtained for all the groups;
A robot control device that teaches the robot by using the average value as the coordinate of the positioning jig in the robot coordinate system.

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